后張法預(yù)應(yīng)力箱梁反預(yù)拱度設(shè)置偏差原因分析及修正措施

鄭玉峰 中交第三航務(wù)工程局有限公司寧波分公司

1.工程簡介

某橫跨杭甬運河大橋，主橋采用（55+90+55）m 三跨預(yù)應(yīng)力混凝土變截面單箱雙室連續(xù)箱梁，引橋采用裝配式5跨30m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，全橋配跨為5×30+（55+90+55）+5×30 m。本工程引橋采用后張法預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，梁長為30m，底寬2.0m，頂板寬2.4m，共120榀，砼設(shè)計強度為C 50，彈性模量的理論值為3.45×104MPa。箱梁由現(xiàn)場預(yù)制場預(yù)制，根據(jù)安裝進度，及時預(yù)制和供應(yīng)。箱梁頂板、底板厚均為0.18m，腹板跨中厚0.18m，支點厚0.25m，斜腹板斜率1：4。邊支點及跨中橫梁通過橫向濕接縫連接，為了便于預(yù)制施工，預(yù)制箱梁頂面按2%設(shè)置橫坡，底面按平坡進行設(shè)置，箱梁典型橫斷面如圖1所示。

設(shè)計要求，制梁臺座需預(yù)設(shè)反拱，按二次拋物線過渡，反預(yù)拱度設(shè)置為17mm。制梁臺座基礎(chǔ)進行全斷面加固及硬化處理，保證其整體穩(wěn)定性及均一性。在處理后的基礎(chǔ)上澆筑厚15cm的C20混凝土臺座。根據(jù)工程進度要求，共設(shè)置11個臺座，為驗證設(shè)計反預(yù)拱度，先設(shè)置5個可調(diào)預(yù)拱度的臺座，根據(jù)驗證及修正結(jié)果，再調(diào)整已設(shè)臺座和施工其余6 個。臺座頂面鋪設(shè)10 mm鋼板，邊緣倒角處預(yù)埋∠50 的角鋼。試驗臺座設(shè)置成可調(diào)節(jié)的形式：在鋼板和角鋼中間適當(dāng)布設(shè)調(diào)節(jié)鋼板墊塊，用于調(diào)節(jié)梁板的反拱度，調(diào)節(jié)好反拱后其它空隙采用細砂填滿。當(dāng)臺座需要改變反拱時，將鋼板與調(diào)節(jié)墊塊及預(yù)埋角鋼上的固定點解除，調(diào)節(jié)鋼板使臺座反拱符合要求后固定。

2.實際施工差異及原因分析

根據(jù)施工規(guī)范及設(shè)計要求，養(yǎng)護7天，砼強度達到90%后張拉，對已完成張拉的5榀梁中心起拱度進行了測量，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

圖1 預(yù)制箱梁典型橫斷面圖

表1數(shù)據(jù)與設(shè)計值17mm有一定的偏差，最大達到了5mm，經(jīng)施工過程分析，主要原因如下：

（1）預(yù)應(yīng)孔道位置不精確。設(shè)計預(yù)應(yīng)力孔道采用金屬波紋管，流線型布置，孔道定位不準(zhǔn)確，孔道曲線段定位鋼筋間距較大，布置不夠合理，且定位筋與波紋管接觸不夠緊密，砼澆筑振搗過程中容易引起管道移位。

表1 箱梁起拱度實測值

表2 修正后箱梁起拱度實測值

（2）預(yù)應(yīng)力孔道摩阻取值不準(zhǔn)確。設(shè)計驗算時孔道摩阻取經(jīng)驗值μ=0.25，但實測值μ=0.22，實際預(yù)應(yīng)力損失與設(shè)計時有一定偏差。

（3）張拉未對砼彈性模量值進行明確。設(shè)計僅以強度為可否進行張拉的控制標(biāo)準(zhǔn)，未對張拉時的砼彈性模量做具體要求，砼養(yǎng)護7天后強度已可達到設(shè)計張拉標(biāo)準(zhǔn)，但實測彈性模量值為4×104MPa，而C50混凝土，其彈性模量的理論值為3.45×104MPa。

（4）錨具變形。施工所用錨具雖均檢測合格，但施加應(yīng)力后仍會產(chǎn)生壓縮變形，甚至整體縮進，使得預(yù)應(yīng)力筋回縮，造成應(yīng)力損失。

（5）支座不均勻沉降。支座地基處理不規(guī)范，承載力整體性和均一性差，承重后產(chǎn)生不均勻沉降。

（6）混凝土收縮徐變影響。受臺座數(shù)量、場地大小和現(xiàn)場架設(shè)進度需要，砼達到設(shè)計張拉強度（設(shè)計強度的90%）要求后即進行張拉作業(yè)，而砼收縮徐變一般需要60d甚至更長時間才可結(jié)束。

3.修正措施

（1）預(yù)應(yīng)力管道結(jié)構(gòu)施工定位盡量精確，線形結(jié)構(gòu)應(yīng)保持順滑，定位筋設(shè)置間距在曲線段進行加密，砼澆筑振搗時振搗棒不得觸碰管道，從而減少由于預(yù)應(yīng)力筋位置不準(zhǔn)確而導(dǎo)致的摩擦阻力損失。

（2）正式施工前應(yīng)對孔道摩阻系數(shù)進行實測，以實測值進行反拱度計算。

（3）明確張拉時砼彈性模量，并做彈性模量同養(yǎng)試塊，與強度同養(yǎng)試塊一同檢測。

（4）嚴格按設(shè)計要求設(shè)置錨下鋼筋，對此部位砼加強振搗質(zhì)量控制。

（5）支座基礎(chǔ)處理方法應(yīng)經(jīng)過設(shè)計和驗算，提高其整體穩(wěn)定性和均一性。

（6）在場地和施工進度允許的情況下盡量延長養(yǎng)護周期，盡可能的將砼收縮徐變對起拱度的影響降至最低。

（7）根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，考慮各種施工因素影響，由設(shè)計對預(yù)拱度進行調(diào)整，調(diào)整后的值為15mm，并明確砼強度和彈性模量均達到設(shè)計要求后方可張拉。

4.修正后的結(jié)果驗證

對試驗臺座反預(yù)拱度調(diào)整為15mm，施工中加強各工序的控制，張拉后實測梁中心起拱值，具體數(shù)據(jù)見表2。

從表2數(shù)據(jù)可以看出，實際反拱度值已與設(shè)計值基本吻合。

5.提高預(yù)拱度設(shè)計精度的建議

①預(yù)應(yīng)力管道結(jié)構(gòu)施工定位應(yīng)精確，線形結(jié)構(gòu)應(yīng)保持順滑，從而減少由于預(yù)應(yīng)力間的摩擦導(dǎo)致的摩擦阻力的損失；②嚴控原材料的施工質(zhì)量，確保施工用材的性能穩(wěn)定，使得混凝土級配達到一定的均勻性，同時還要確保混凝土材料級配均勻性，加強對混凝土結(jié)構(gòu)的彈模的及時修正和處理。③加強施工環(huán)節(jié)中，對各結(jié)構(gòu)的精度的控制，針對箱梁結(jié)構(gòu)來說，要對模板的對應(yīng)尺寸進行定時定量的校核和控制，確保模板設(shè)計過程中，預(yù)拱度設(shè)計的精度化、規(guī)范化。④預(yù)應(yīng)力的施加應(yīng)更加精確，如定時對千斤頂進行有效的修訂、標(biāo)定等。

6.結(jié)束語

作為梁式橋來說，主體外形簡練、美觀，荷載均勻合理，是一種經(jīng)濟性、使用功能性強的橋梁結(jié)構(gòu)形式。在實際的設(shè)計和施工環(huán)節(jié)中，為了保證結(jié)構(gòu)線形更加順暢、優(yōu)美，對于預(yù)應(yīng)力箱梁來說，預(yù)拱度的設(shè)計要通過模型建立的方式進行計算，同時還要注重與預(yù)拱度設(shè)計相關(guān)的影響因素，如施工環(huán)境、施工工藝、施工人員的操作、施工誤差及環(huán)境溫度的變化等，存在很多隨機性的變動因素。因此，在預(yù)拱度的設(shè)置中，應(yīng)充分考慮橋梁施工時的各種因素，并利用實測數(shù)據(jù)不斷地修正處理。